主變壓器有載調(diào)壓和經(jīng)濟運行的探討

孫國付

(國網(wǎng)遼寧省電力有限公司朝陽凌源供電公司客服中心，遼寧凌源122500)

1 研究目的和意義

隨著我國電力工業(yè)的迅速發(fā)展，電網(wǎng)覆蓋地域逐步擴大，與此同時對電力供應的需求及電能質(zhì)量的要求也不斷提升.然而，受諸多方面因素的影響，電壓質(zhì)量的問題顯得尤為突出，它關系到電力企業(yè)和電力用戶的經(jīng)濟效益，一旦出現(xiàn)電壓偏離、忽高忽低等現(xiàn)象，將嚴重影響電力供應的穩(wěn)定性，嚴重時可能導致電壓崩潰而造成電力系統(tǒng)瓦解.因此，提高電壓質(zhì)量，保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定經(jīng)濟運行是一個亟待解決的問題.主變壓器有載調(diào)壓研究的現(xiàn)實意義為:

1)提高輸出電壓質(zhì)量，對電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行具有重要作用.

2)降低網(wǎng)絡損耗，降低對電氣設備的沖擊力，從而提高電力系統(tǒng)的經(jīng)濟效益.

2 電力系統(tǒng)的電壓調(diào)整

2.1 電壓調(diào)整的幾種方式

1)發(fā)電機調(diào)壓.改變發(fā)電機端電壓是最直接的調(diào)壓手段.表1為發(fā)電機調(diào)壓方式在不同類型供電系統(tǒng)中的調(diào)壓分析.

表1 發(fā)電機調(diào)壓方式在不同類型供電系統(tǒng)中的調(diào)壓分析

2)變壓器變比調(diào)壓.根據(jù)調(diào)壓要求選擇適當?shù)淖儔浩鞣纸宇^，此種調(diào)壓方式應用在無功充足的電力系統(tǒng)中.系統(tǒng)無功不足將引起電壓水平下降，此時調(diào)節(jié)分接頭將使無功潮流發(fā)生變化，無功更加不足，電壓水平繼續(xù)下降，形成一個惡性循環(huán)的局面，嚴重時將造成系統(tǒng)電壓崩潰.

3 有載調(diào)壓變壓器的類型

有載調(diào)壓變壓器對提高電壓可靠性、改善調(diào)壓開關的特性起著重要作用，它有多種類型:①傳統(tǒng)機械式;②輔助線圈型;③電力電子開關型.其中機械式調(diào)壓變壓器應用最為廣泛.

3類新型有載調(diào)壓變壓器的比較如表2所示.

表2 三類新型有載調(diào)壓變壓器的比較

有載調(diào)壓應根據(jù)電力系統(tǒng)的實際運行狀態(tài)進行動態(tài)調(diào)節(jié)分接頭，隨著電力電子技術的發(fā)展，特別是晶閘管技術的發(fā)展，傳統(tǒng)的機械式有載調(diào)壓技術必將被新型的有載調(diào)壓技術所取代.在電路設計的過程中，應考慮晶閘管的可靠性、耐壓性、散熱能力以及成本等問題，確保有載調(diào)壓裝置的經(jīng)濟性可靠，以便使新型變壓器有載調(diào)壓技術在工業(yè)化生產(chǎn)中得到廣泛應用.

4 運行電壓對電網(wǎng)損耗的影響

配電線路中各段有功損耗為

配電線路中各段無功損耗為

變壓器有功損耗為

變壓器有功損耗為

總損耗為

式中:rij為節(jié)點i、j之間配電線路電阻/Ω;

xij為節(jié)點 i、j之間配電線路電抗/Ω;

RT為配電變壓器的等值電阻/Ω;

P0為配電變壓器空載損耗/kW;

ΔPS為配電變壓器短路損耗/kW;

β為配電變壓器變壓器的負載率即平均負載系數(shù);

US為配電變壓器短路電壓百分值/%;

I0為配電變壓器空載電流百分值/%;

UN為配電變壓器額定電壓/kV.

由此可推出配電網(wǎng)的功率損耗為

其中，前者為配電網(wǎng)的可變功率損耗(銅損)，后者為配電網(wǎng)的固定功率損耗(鐵損).

式中:Pi為電源首端注入的有功功率/kW;

Qi為電源首端注入的無功功率/kW;

∑P0為配電網(wǎng)的總勵磁損耗/kW;

Pi為額定電壓下的配變空載損耗/kW;

Ui為電網(wǎng)運行電壓/kV;

UN為電網(wǎng)運行電壓/kV;

RL為電網(wǎng)線路與配變的等值電阻/Ω;

RT為電網(wǎng)線路與配變的等值電阻/Ω.

當配電網(wǎng)在短期內(nèi)的網(wǎng)絡結構參數(shù)和用電負荷特性基本穩(wěn)定時，其中可變損耗與U2存在著反比的關系，U提高，可變損耗下降;固定損耗與U2成正比，U提高，固定損耗上升.由以上分析可知，運行電壓的變化規(guī)律與電網(wǎng)損耗的變化方向是相反的，整個電網(wǎng)的功率損耗取決于在帶負荷運行下電網(wǎng)可變損失率與固定損失率的組成比例.當可變損失率占主導時，電壓提高，功率損耗下降;反之，當固定損失率占主導時，電壓提高，功率損耗反而上升.因此，這一運行電壓對電網(wǎng)損耗的影響規(guī)律，為解決合理調(diào)壓、降低損耗問題提供了方向.

4 實例分析

隨著負荷率的變化，在調(diào)整網(wǎng)絡運行電壓接近經(jīng)濟電壓之前，應以“功率損耗最小”為原則，才能保證線路首末兩端電壓能夠高質(zhì)高效的輸出，而裝有有載調(diào)壓變壓器和并聯(lián)電容器組的變電站，是控制饋出線電壓質(zhì)量的重要場所.表3為沈陽市水家變電所結合全網(wǎng)網(wǎng)損進行電壓與損耗的定性分析而做出的線路統(tǒng)計.表4為線路矩陣計算調(diào)壓后各線功率損耗及總損耗結果比較.

表3 變電所線路統(tǒng)計表

表4 各線功率損耗及總損耗結果比照

1)從表4中數(shù)值可以看出，負載率升高，各條線路有功損耗及總損耗隨之升高.

2)以水孫乙干線為例，由圖1可以清楚地看出，負載率越高，損耗最小時的調(diào)壓級別越高，即調(diào)壓級別對應的經(jīng)濟電壓向變大的方向移動，而此時網(wǎng)絡的實際電壓下降;負載率越低，損耗最小時的調(diào)壓級別越低，即調(diào)壓級別對應的經(jīng)濟電壓向變小的方向移動，而此時網(wǎng)絡的實際電壓上升.

3)負載率為40%時，調(diào)壓對各干線有功功率損耗值的影響如圖2所示.各條線路經(jīng)濟電壓級別分別為水孫甲干線9級、水古干線8級、水孫乙干線8級、水李干線6級.變壓器母線只能調(diào)整電壓至某一級別，不能同時滿足4條線路，所以4條線路總有功功率損耗最小時的調(diào)壓級別為7級，即電壓為(1+2×2.5%)UN.

4)按損耗走向繪制圖3，4條線路中，水孫甲干線線路較長，變壓器較多，有功損耗也較大，水李線與之相反.從圖3中可以看出，調(diào)整母線電壓對水孫甲干線和水李線這2條線路節(jié)點電壓影響比較明顯.所以在調(diào)整變電所母線電壓時，應著重考慮配電網(wǎng)中線路變壓器臺數(shù)的數(shù)量和輸電線路的長短.

根據(jù)計算結果分析，在電壓合格的前提下，應以“損耗最小”為原則并綜合考慮每條線路的有功損耗和總損耗，以此來選擇經(jīng)濟電壓.

圖1 負載率變化的情況下調(diào)壓對損耗的影響

圖2 相同負載且不同線路調(diào)壓對損耗的影響

圖3 調(diào)壓與損耗的關系走向

5 調(diào)壓效果及降損的經(jīng)濟效益

采用經(jīng)濟運行方式，調(diào)整電壓為經(jīng)濟電壓后，水家變電所年電量損耗可以減少約6萬度，每度電按0.5元計算，年節(jié)約資金可達30 000元.因此，充分利用水家變電所實際運行的資料，分析各季節(jié)的負荷變化規(guī)律，并分時段及時調(diào)整變電所主變分接頭進行有載調(diào)壓，在充分利用無功裝置和有載調(diào)壓裝置的基礎上，力求以較少的調(diào)整次數(shù)實現(xiàn)較大的經(jīng)濟調(diào)壓效果，是對無功補償裝置及主變有載調(diào)壓資源的一種充分合理的利用，也是在保證電壓質(zhì)量的前提下節(jié)能降損的重要措施，從而提高設備的利用率和電網(wǎng)的經(jīng)濟效益.

總之，隨著電網(wǎng)降損節(jié)能工作的進一步開展，有載調(diào)壓措施的優(yōu)越性越來越明顯，因而有著不可低估的應用前景.

6 結論

結合變壓器有載調(diào)壓技術的相關知識，以沈陽市水家變電所為例，對有載調(diào)壓技術所帶來的經(jīng)濟效益進行了進行探討.

1)經(jīng)濟電壓的平方與負載率呈正比，當負載率變化時，功率損耗最小所對應的經(jīng)濟電壓也將發(fā)生變化.

2)當負載率升高時，各條線路的有功損耗及總損耗隨之升高;隨著負荷的增大，損耗最小時的調(diào)壓級別升高，即調(diào)壓級別對應的經(jīng)濟電壓向變大的方向移動;配變?nèi)萘康拇笮　⒐?jié)點的數(shù)量和線路的長度等因素直接影響調(diào)壓效果，從而影響經(jīng)濟電壓.

3)為保證配電網(wǎng)的合理規(guī)劃及經(jīng)濟運行，應在保證首、末端電壓質(zhì)量的條件下，以功率損耗最小為原則對電壓進行調(diào)整，采用調(diào)壓與并聯(lián)電容器補償相結合的方式，使電網(wǎng)的運行電壓盡量接近經(jīng)濟電壓，為電網(wǎng)的降損節(jié)能奠定了理論基礎.

［1］陳敢峰，姚集新.變壓器分接開關實用技術［M］.北京:中國水利水電出版社，2002.

［2］陳彤彤.農(nóng)村電網(wǎng)線損計算分析與降損措施研究［D］.濟南:山東大學，2006.

［3］馬金明，楊成章.10kV配電網(wǎng)降損節(jié)能和改善電壓質(zhì)量的途徑［J］.農(nóng)村電氣化，2004(6)13-14.

［4］陳敬佳，李曉明.電力變壓器有載調(diào)壓技術的新進展［J］.華北電力技術，2001(10):52-54.

［5］楊曉光.基于電力電子技術的自動調(diào)壓分接開關的研究［D］.哈爾濱:東北農(nóng)業(yè)大學，2007.

［6］江友華，顧勝堅，翁天海，等.無觸點無級有載調(diào)壓技術的研究［J］.變壓器，2008，45(1):13-15.